Transcript nowotwory „łagodne”

Postęp w badaniach nad
leczeniem nowotworów najnowsze dokonania światowe
Joanna Grabowska
III rok
Biotechnologii
Skąd w organizmie człowieka
biorą się komórki
nowotworowe?
… uszkodzenia materiału genetycznego prawidłowej
komórki mogą doprowadzić do uniezależnienia się tej
komórki od sygnałów wzrostowych oraz wyłączenia
programu kontrolowanego samobójstwa, czyli
apoptozy. Taka zbuntowana komórka - jeśli nie
zostanie zniszczona przez układ odpornościowy- może
przekształcić się w komórkę rakową.
Grupa naukowców postanowiła określić, jakie zmiany informacji genetycznej mogą
spowodować przemianę zdrowej komórki w komórkę nowotworową.
Kluczem do sukcesu okazało się zniszczenie kilku molekularnych
mechanizmów obronnych, które chronią prawidłowe komórki przed
przemianą w komórki nowotworowe:
 Po pierwsze, naukowcy wprowadzili do badanych komórek gen kodujący
podjednostkę telomerazy (hTERT) - enzymu wydłużającego zakończenia
chromosomów.
(Komórki człowieka są "zaprogramowane" na określoną ilość podziałów, a rolę
molekularnego zegara pełnią telomery - odcinki DNA położone na końcach
chromosomów i skracające się po każdym podziale komórki. Kiedy telomery
nadmiernie się skrócą, komórka przestaje się dzielić).
Telomeraza odbudowuje końce telomerów i w ten sposób
zapewnia komórkom nieśmiertelność, czyli możliwość dzielenia
się w nieskończoność.
 Po drugie, do tych samych komórek wprowadzono specjalne białko
wirusowe, tzw. duży antygen T (large T antigen, LT).
To białko hamuje aktywność co najmniej dwóch ważnych białek komórki:
słynnego "strażnika genomu" (białka p53) oraz białka Rb.
Komórki z wyłączonym białkiem p53mają problemy z rozpoznawaniem
uszkodzeń DNA, regulacją podziałów i apoptozą,a upośledzenie aktywności
białka Rb dodatkowo rozregulowuje mechanizm kontrolujący podziały
komórki.
Następnie komórki zostały zmuszone do produkcji zmutowanego
białka Ras, którego zadaniem było pobudzenie komórek do intensywnych
podziałów bez udziału innych sygnałów wzrostowych, np. hormonów.
Okazało się, że komórki poddane tym
wszystkim manipulacjom zachowują się
tak, jak komórki nowotworowe: mnożą się
w niekontrolowany sposób, a kiedy zostaną
wstrzyknięte myszom laboratoryjnym,
tworzą szybko rosnące guzy.
Czym różni się nowotwór
„złośliwy” od „łagodnego”…?
NOWOTWORY „ŁAGODNE” :
 rosną zwykle wolniej, w sposób uporządkowany;
 bez naciekania i niszczenia najbliższego otoczenia czy tkanek sąsiednich, a
przede wszystkim nie mają zdolności do tworzenia przerzutów;
 w sytuacji wykrycia nowotworu łagodnego nie stosuje się więc ani chemioterapii
ani radioterapii;
 wystarczającym leczeniem jest chirurgiczne usunięcie guza;
Gruczolaki, tłuszczaki, włókniaki, nerwiaki, mięśniaki, oponiaki, naczyniaki,
chrzęstniaki, kostniaki
NOWOTWORY „ZŁOŚLIWE” :
 charakteryzują się często dość bezładną, bo niemal niczym nie kontrolowaną
proliferacją;
 naciekaniem macierzystej tkanki, często niszczeniem jej;
 wykazują skłonność do tworzenia ognisk przerzutowych.
Czy każdy nowotwór jest
rakiem…?
Nowotwory złośliwe najczęściej wywodzą się z tkanki nabłonkowej
(a dokładnie - ektodermalnej i endodermalnej) -są to raki
(łac. carcinoma).
Inne nowotwory złośliwe, pochodzące z tkanek nienabłonkowych
(pochodzenia mezenchylnego), noszą nazwę mięsaków
(łac. sarcoma) i chłoniaków (łac. lymphoma).
Cancer genom
Komórka rakowa
Nazwy rozmaitych raków biorą się z nazw narządów, w
których pierwotnie pojawiają się - jak rak płuca/oskrzela,
rak przełyku, rak żołądka, rak jelita grubego, rak nerki,
rak wątroby, rak trzustki, rak sutka, rak macicy (trzonu
i szyjki), rak jajnika
Nowotwory
łagodne
złośliwe
raki
mięsaki
nowotwory, które pochodzą ze skóry,
płuc, piersi, trzustki i innych narządów.
powstaje w kościach, mięśniach,
tkance tłuszczowej, chrząstce.
Inne nowotwory złośliwe
(chłoniak, białaczka)
Chłoniak - nowotwór układu
limfatycznego.
Białaczka - nowotwory krwi.
Czy każda komórka nowotworowa
jest dla organizmu śmiertelnym
zagrożeniem?
Codziennie w naszym organizmie powstają pojedyncze “zmutowane”
komórki - potencjalni protoplaści komórek nowotworowych. Są
jednak “niegroźne”, gdyż usuwa je sprawnie działający układ
immunologiczny.
Dopiero splot wyjątkowo niekorzystnych okoliczności może
spowodować “lawinę” zdarzeń w wyniku której z pojedynczej komórki
powstanie zagrażające organizmowi ognisko nowotworowe.
W jaki sposób choroba
nowotworowa zagraża życiu?
 komórki nowotworowe nie potrafią się
“różnicować”, czyli tworzyć wyspecjalizowanych
tkanek i narządów, aby, jak normalne komórki ciała,
pełnić niezbędne dla życia funkcje. W tym znaczeniu
są bezużyteczne;
 mają zdolność “migracji” komórkowej, czyli
tworzenia “przerzutów” do innych tkanek i narządów.
Niektóre z nich wykazują przy tym dużą
ekspansywność, tj. zdolność szybkiego “zasiedlania”
nowych tkanek i organów. To tak poważnie
dezorganizuje funkcje ważnych organów ciała np.
płuc, wątroby, szpiku kostnego, krwi, mózgu – że w
końcu może zagrażać życiu;
 dzielące się nieustannie komórki nowotworowe
zużywają substancje niezbędne dla życia i
funkcjonowania innych komórek organizmu;
 niektóre komórki nowotworowe mogą także
produkować specyficzne substancje chemiczne, które
upośledzają i dezorganizują funkcje życiowe
zdrowych tkanek i narządów;
Jak uszkodzenia DNA alarmują
układ immunologiczny…?
- komórki z uszkodzonym DNA syntetyzują więcej specjalnych białek,
umieszczonych na powierzchni komórek;
-białka są specyficzne do receptorów NKG2D występujących na
powierzchni limfocytów NK (natural killer cells) i są używane do
oznaczania uszkodzonych komórek do zniszczenia. Występuje ich
kilka typów, najbardziej znany jest nazwany Rae1
- receptor NKG2D został też znaleziony na powierzchni limfocytów T ,
komórki układu odpornościowego odpowiedzialne za
długoterminową pamięć immunologiczną. Komórki te są gotowe do
rozpoznania i zniszczenia;
Współczesne metody leczenia
nowotworów…
Leczenie chirurgiczne
Zabieg operacyjny jest w większości chorób nowotworowych
najskuteczniejszą formą terapii. Przed podjęciem leczenia w większości
przypadków konieczne jest ustalenie rozpoznania histopatologicznego
oraz stopnia zaawansowania klinicznego nowotworu. Aby zabieg był
skuteczny musi być wykonany tak, żeby usunąć całą zmianę chorobową
z marginesem zdrowej tkanki oraz z maksymalną liczbą okolicznych
węzłów chłonnych, które mogłyby być siedliskiem pierwszych
przerzutów nowotworu. W zaawansowanych przypadkach wykonuje się
operacje paliatywne lub stosuje się leczenie skojarzone z radioterapią i
chemioterapią.
Radioterapia
Wykorzystywane w leczeniu promieniowanie
elektromagnetyczne obejmuje promienie
Roentgena i promienie gamma powstające w
jądrach izotopów, naturalnych pierwiastkach i
aparatach wytwarzających odpowiedni rodzaj
promieniowania. Radioterapia jest metodą
wykorzystującą promieniowanie jonizujące,
które powoduje zmiany w tkance zarówno
prawidłowej jak i nowotworowej.
W wyniku promieniowania woda ulega radiolizie co prowadzi do powstania wolnych rodników
hydroksylowych, hydronadtlenowych, nadtlenku wodoru czy wodoru. Związki te uszkadzają i
niszczą aminokwasy, białka, kwasy nukleinowe oraz enzymy zawarte w komórkach co
prowadzi do śmierci komórki. Najbardziej podatne na działanie promieniowania są komórki
nowotworowe w okresie podziału komórkowego co jest spowodowane gorszą sprawnością
mechanizmów naprawczych eliminujących uszkodzenia popromienne w komórce.
Chemioterapia
Powoduje zabijanie lub hamowanie rozwoju
komórek nowotworowych. Chemioterapia
będąc w całym organizmie atakuje również
zdrowe szybko dzielące się komórki.
Najbardziej narażone na niepożądany wpływ
chemioterapii są komórki szpiku kostnego,
błon śluzowych jelit, jamy ustnej, włosy,
paznokcie, skóra.
Zastosowanie cytostatyków pozwala niekiedy uzyskać wyleczenie w nowotworach
zaawansowanych z rozsianymi przerzutami czy tez w przypadku nowotworów
układowych. Wśród cytostatyków wyróżnia się leki alkalizujące, antymetabolity,
antybiotyki, inhibitory wrzeciona kariokinetycznego oraz inne leki. Leki cytostatyczne
działając na komórki zarówno nowotworowe jak i prawidłowe powodują jej uszkodzenie
a w konsekwencji śmierć.
Immunoterapia
Immunoterapia ma na celu indukcję odpowiedzi
immunologicznej u chorego z rozwijającym się nowotworem,
aby powstały komórki zdolne do rozpoznania komórek
nowotworowych jako obcych a następnie zdolne do ich
zniszczenia.
Hormonoterapia
Terapia hormonalna jest zazwyczaj lepiej tolerowana niż
chemioterapia a jej skuteczność jest uzależniona od ilości
receptorów hormonalnych w komórkach guza nowotworowego.
Hormonoterapia nowotworów opiera się na podawaniu
hormonów lub antyhormonów, które zwalczają powstawanie i
rozwój nowotworów (nowotwory sutka, tarczycy, prostaty,
białaczki) powstałych z komórek zależnych od działania
hormonów.
Pacjent z wyciętym chirurgicznie
guzem, leczony dodatkowo
chemioterapią powraca po wielu
latach ze wznową nowotworu.
Dlaczego się tak dzieje?
…czy nowotwory mają komórki
macierzyste…?
• KOMÓRKA MACIERZYSTA:
=> zdolność do samoodnowy – komórki potomne są
dokładnie takie same jak komórka z której powstały, a
ilość podziałów jest praktycznie nieograniczona.
=> zdolność do „produkowania” dojrzałych komórek
określonej tkanki – różnicowania;
=> występują w organizmie tylko w określonych
miejscach;
=> otoczone są przez komórki opiekuńcze, których
zadanie polega na utrzymywaniu ich w stanie uśpienia
lub, gdy to potrzebne – na pobudzaniu ich do podziałów.
Zapewnia stały dopływ nowych komórek
• KOMÓRKA POTOMNA:
=> posiada cechy konkretnej tkanki;
=>brak zdolności do samoodnowy;
=> może się podzielić określoną ilość razy, a gdy wyczerpie limit
swoich podziałów umiera; ( apoptoza)
=> brak zdolności do różnicowania się w komórki innej tkanki;
• NOWOTWOROWE KOMÓRKI MACIERZYSTE:
=> niezwykłe podobieństwo do komórek
macierzystych – zdolność do samoodnowy i
nieograniczonych podziałów;
Skąd jednak się biorą…?
I Hipoteza:
Mogą to być zdrowe komórki macierzyste, które jednak zostały pozbawione wpływu
komórek opiekuńczych, lub są pod wpływem komórek uszkodzonych. Udowodniono,
że komórki macierzyste, które osiadają w tkance wcześniej uszkodzonej
promieniowaniem mogą się stać źródłem nowotworu. Być może za przekształcenie w
nowotworową komórkę macierzystą odpowiada skumulowanie się kilku mutacji w
obrębie DNA wcześniej zdrowej komórki macierzystej;
II Hipoteza:
Tylko pierwsza mutacja zachodzi w komórce macierzystej, a pozostałe dopiero w
powstałych z niej komórkach;
=>Tylko parę procent komórek odpowiada za utrzymywanie się nowotworu i
powstawanie przerzutów.
=>Pozostałe dzielą się i tworzą rosnącą masę guza, ale bez tych komórek macierzystych
szybko wyczerpałyby swój potencjał i poumierałyby.
Większość stosowanych leków zabija komórki intensywnie dzielące się.
Nowotworowe komórki macierzyste dzielą się rzadko, więc przeżywają i odpowiadają
za wznowy nowotworów po teoretycznie skutecznej terapii.
Celem terapii powinny być więc komórki macierzyste nowotworu, gdyż pozostałe po
pewnym czasie zginą same z siebie.
• PERSPEKTYWY LECZENIA:
 Podstawą terapii nowotworów jest identyfikacja wśród komórek nowotworu
komórek macierzystych. Dokonuje się tego badając antygeny na powierzchni
komórek nowotworu;
 Komórki macierzyste nowotworu można odróżnić na podstawie
występowania lub braku dodatkowych antygenów na ich powierzchni;
 Są one odporne na chemioterapię dzięki większej ilości białek
odpowiadających za usuwanie leków z komórki;
 Posiadają też większą ilość białek wiążących rodniki tlenowe, co czyni je
odpornymi na radioterapię;
Jedną z metod jest blokowanie odpowiednimi lekami szlaków
metabolicznych prowadzących do syntezy tych białek, a następnie
zastosowanie klasycznych metod leczenia.
W przyszłości…
=> Komórki macierzyste
- Ukierunkowanie rozwoju ludzkich
embrionalnych komórek macierzystych w
celu uzyskania komórek NK „Naturalnych
zabójców”; (komórki układu
odpornościowego pełniące ważną rolę w
walce z nowotworami);
- leczenie białaczki i chłonniaka
Wirusoterapia
Wirusoterapia to metoda terapeutyczna polegająca na
wykorzystaniu wirusów w celu leczenia chorób człowieka i
zwierząt.
 Dzięki zastosowaniu genetycznej modyfikacji
wybranych wirusów z rodziny Adenoviridae otrzymano
wirusy wykazujące znaczne powinowactwo do komórek
nowotworów:
-poprzez modyfikację białek powierzchniowych wirusa
odpowiedzialnych za jego wiązanie się do komórki
gospodarza;
- umieszczenie ważnych dla jego replikacji białek pod kontrolą promotora, z
którego ekspresja zachodzić będzie jedynie w zmienionych chorobowo
tkankach;
Za pomocą wirusów można dostarczyć do komórki transgen kodujący białko o
działaniu przeciwnowotworowym;
Nanocząsteczki
=> Ze względu na bardzo małe rozmiary potrafią z
krwią dotrzeć do prawie wszystkich miejsc w naszym
organizmie;
=> Stworzono nanocząsteczki , które wykrywają
receptory znajdujące się na powierzchni komórek guza
nowotworowego i odżywiających go naczyń
krwionośnych, a potem przyłączają się do
nich(receptory te nie występują na pozostałych
naczyniach organizmu);
Jego głównym elementem są cząsteczki tlenu żelaza
o wielkości 50 nm;
 każda z nich jest pokryta 8 tys. cząsteczek peptydu (to właśnie ten peptyd nazwany CREKA ma
unikalną zdolność rozpoznawania i przyłączania się do receptorów znajdujących się na powierzchni
guza);
 natychmiast tworzą zakrzep, który stopniowo zamyka naczynia;
 wysyłają sygnał do innych nanocząsteczek i „przyzywają” je do miejsca walki z rakiem;
 bezbłędnie rozpoznają guz;
 mają w przyszłości być wyposażone w świecące barwniki – pozwalając na zlokalizowanie
miejsca, w którym choroba się rozwija, planowane jest również dodanie do nanocząsteczek leków
przeciwnowotworowych;
Przeciwciała monoklonalne
PRZECIWCIAŁA MONOKLONALNE - zbiór przeciwciał, które
wykazują jednakową swoistość względem danego antygenu i
ewentualnie takie samo lub podobne powinowactwo
 są to cząsteczki otrzymywane z udziałem zwierząt
laboratoryjnych, których zadaniem może być m.in.
identyfikacja komórek nowotworowych;
 obiecującym rozwiązaniem stało się wiązanie przeciwciał
monoklonalnych z różnymi związkami chemicznymi. Takimi
dodatkami mogą być np. leki, enzymy, toksyny, radioizotopy;
 badania pokazują, że użycie przeciwciał monoklonalnych w
połączeniu z określonymi substancjami przynosi pożądane
efekty i wspomaga terapię antynowotworową.
Kluczowy gen angiogenezy…
Angiogeneza
- to proces nowotworzenia naczyń krwionośnych. Zachodzi
ona głównie w życiu płodowym, kiedy rozwija się układ krwionośny. Jest
odpowiedzią na niedostateczne dotlenienie tkanki i często zachodzi podczas
procesów nowotworowych.
Angiogeneza
nowotworowa
Brak wzbudzenia
angiogenezy
Kluczowy gen angiogenezy…
=> zidentyfikowanie genu RGS5, odpowiedzialnego za rozwój naczyń krwionośnych
stanowiących układ krążenia guza, czyli za proces angiogenezy;
=>usunięcie genu prowadzi do zmian w nowotworowych naczyniach krwionośnych, co
ułatwia przepływ przez nie komórek układu odpornościowego;
=> usunięcie genu z komórek nowotworowych powoduje zahamowanie procesu
tworzenia naczyń krwionośnych;
=> jego działanie dotyczy jedynie komórek rakowych i pozostaje obojętne dla
zdrowych tkanek organizmu
=> usunięcie tego genu u myszy powodowało normalizowanie budowy naczyń,
stawały się one podobne do pozostałych naczyń organizmu.
Zmiany umożliwiały swobodny przepływ komórek układu odpornościowego do
wnętrza guza. Dzięki temu mogły one niszczyć komórki nowotworowe, co znacznie
zwiększało szanse zwierząt na przetrwanie.
Limfocyt T (żółty) atakujący komórkę
nowotworową
Bakterie onkolityczne w terapii
nowotworów
 obligatoryjnie lub fakultatywnie beztlenowe bakterie kolonizują
preferencyjnie w obrębie guzów litych. Wynika to z różnic fizjologicznych
między tkanką zdrową a nowotworową.
Sieć naczyń krwionośnych w tej ostatniej jest kręta i nieregularna, gdyż
proliferecja zmutowanej tkanki wyprzedza angiogenezę. Sprzyja to
tworzeniu obszarów niedotlenowanych i nekrotycznych, czyli
środowiska optymalnego dla wspomnianych bakterii;
 ponieważ hipoksja jest cechą odróżniającą tkankę nowotworową od
zdrowej, można zjawisko to wykorzystać w terapii;
 jednymi z lepiej poznanych bakterii onkolitycznych są obligatoryjnie
beztlenowe laseczki z rodzaju Clostridium oraz bakterie fakultatywnie
beztlenowe Salmonella typhimurium;
 wykorzystywane są jako nośniki terapeutycznych genów;
Salmonella typhimurium
=> Strategia polega na wklonowaniu do bakterii genów samobójczych, kodujących enzymy
przekształcające nieaktywny, nieszkodliwy prolek w substancję cytotoksyczną. Pacjentowi podaje się
najpierw bezpieczną dawkę bakterii, które kolonizują obszar nowotworowy, namnażają się i eksprymują
heterologiczne białko - odpowiedni enzym.
Następnie wstrzykuje się nietoksyczny prolek, który zostaje przekształcony do aktywnej, cytotoksycznej
formy tylko w obszarze nowotworu, gdyż tam znajdują się bakterie produkujące odpowiedni enzym;
=> innym podejściem jest modyfikowanie bakterii tak by produkowały cytokiny (np. TNFα) zwiększające
wrażliwość guza na radiację i/lub wywoływały odpowiedź immunologiczną gospodarza;
Clostridium
Mechanizmy lekooporności komórek
nowotworowych
 odkryto mechanizm, który powoduje, że podczas terapii chemioterapeutykami
następowała mutacja w białku ABCG2;
 konsekwencją mutacji była możliwość transportu różnych leków antynowotworowych z
rodziny antagonistów kwasu foliowego na zewnątrz komórki nowotworowej. (Leki te używane
są w zapobieganiu wzrostom różnych rodzajów nowotworów tj. rak piersi, rak jelita grubego,
białaczka czy raka płuc). W efekcie tego mechanizmu komórki unikają działania leków i stają się
lekooporne co prowadzi do rozwoju choroby nowotworowej;
 mutacja powoduje zmianę aminokwasu co z kolei zmienia strukturę białka ABCG2, które
jako zmutowane zachowuje się jak „pompa” pompująca na zewnątrz leki antynowotworowe.
Zmutowane białko ABCG2 wyrzucają na zewnątrz leki i powoduje, że nowotwór jest 6 tysięcy
razy bardziej odporny na działanie chemioterapeutyków;
Naukowcy już pracują nad metodą, która pozwoli na zapobieganie występowaniu mutacji w
białku.
Dziękuje za uwagę 